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基于多学科优化的电池包轻量化*

于成龙，刘莹，乔鑫

华晨汽车工程研究院，CAE工程室，沈阳，110141

摘要:建立某款车的电池包有限元模型，采用PSD等效成随机振动载荷的方法进行电池包焊点

疲劳分析，解决了目前无法进行随机振动焊点疲劳分析的问题。依据《电动汽车锂离子动力电池

安全要求》及模态性能要求对电池包进行多学科优化设计。选取电池包关键零件板厚为变量，以

模态、振动疲劳、碰撞挤压为约束条件。基于最优拉丁方方法在设计空间内均匀采样，建立电池

包的响应面近似模型，利用全局与数值组合优化算法进行优化，在保证电池包性能的基础上减重

4.0Kg，减重率6.5%。为电池包的轻量化设计工作提供了思路。

关键词：电池包焊点疲劳多学科轻量化

Lightweightbatterypackbasedonmultidisciplinary

optimization

ChenglongYu,YingLiu,XinQiao

BrillianceAutomobileEngineeringResearchInstitute,Shenyang,110141

Abstract:Thefiniteelementmodelofthebatterypackofacertainvehicleisestablished,andthe

fatigueanalysisofthebatterypackageweldpointiscarriedoutbyusingthePSDequivalentrandom

vibrationloadmethod,whichsolvestheproblemthatthefatiguevibrationpointfatigueanalysiscannot

beperformedatpresent.Themulti-disciplineoptimizationdesignofthebatterypackisbasedonthe

SafetyRequirementsforLithiumIonPowerBatteryforElectricVehiclesandmodalperformance

requirements.Thethicknessofthekeycomponentofthebatterypackisselectedasavariable,whichis

conditionedbymode,vibrationfatigueandcollisionextrusion.BasedontheoptimalLatinsquare

method,thesampleisuniformlysampledinthedesignspace,andtheresponsesurfaceapproximation

modelofthebatterypackisestablished.Theglobalandnumericalcombinationoptimizationalgorithm

isusedtooptimizetheweightloss.Theweightlossis4.0Kgandtheweightlossrateis6.5%.Provides

ideasforthelightweightdesignofthebatterypack.

Keywords:PackSpot-fatigueMultidisciplinaryLightweight

前言

量减少10%，就能节油6%到8%(王震，2018)。

电池包作为电动汽车的核心部件之一，在目前

电池能量密度提高困难的情况下，对电池包进

近年来节能减排，发展清洁能源成为国

行结构优化以达到提升电动汽车性能的目的。

家重要发展战略之一，其中电动汽车是我国汽

对电池包进行结构设计需要考虑模态、结车工业未来发展的一大趋势。汽车轻量化与节

构耐久和碰撞安全性的综合影响。传统的优化

能减排存在直接关联，统计估测，汽车整车重

原文已经收录《汽车安全与节能学报》2019年第二期

设计方法忽略了各学科之间的相互作用，使得

图1.随机振动台工作流程原理.

改方法只能获得局部最优解，很有可能失去全

1.2频谱等效局最优解。此外目前无法计算随

机振动焊点疲劳，为了满足法规要求，在进行

频谱等效过程最重要的是实现频谱的均

多学科优化设计